资源简介

专题3 化学反应原理
第三单元 化学反应速率与化学平衡
第2讲 化学平衡状态及平衡移动
一、课程标准要求
1．通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。
2．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
二、在高中化学教材体系中的地位
化学平衡是中学化学的重要理论之一，是中学化学学科中最富有思维深度和理论价值得一部分，有利于向学生展示化学科学的魅力和锻炼学生的思维，是中学化学中所涉及的溶解平衡、电离平衡示、水解平衡等知识的核心，对很多知识的学习起着指导作用。通过本节的教学，不仅仅要帮助学生理解有关知识，更重要的是要帮助学生建立化学平衡的观点，以及化学平衡是相对的、当外界条件改变时平衡会发生移动等观点，训练学生的科学方法，并着力培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生在应用化学理论解决一些简单的化工生产实际问题的同时，体会化学理论学习的重要性。
三、思维导图
四、课时安排建议
第1课时 化学平衡状态及平衡的移动(1课时)
第2课时 化学平衡常数的应用(1课时)
第3课时 等效平衡及综合应用(1课时)
第1课时 化学平衡状态及其应用(1课时)
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：化学平衡状态的概念和特点是什么？
[例题1] 高炉炼铁的主要反应为：Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2。从炼铁炉口排出的尾气中总是含有一定量的CO。100多年前，人们曾认为这是由于CO与铁矿石接触时间不够的缘故。为使反应进行得完全，当时曾耗巨资改建高炉，通过增加炼铁炉的高度以延长CO和Fe2O3的接触时间，结果尾气中CO的体积分数并未减少。你知道这是什么因吗？
[归纳总结]
(一)化学平衡状态
1．概念：一定条件下的 反应中，正反应速率与逆反应速率　　 　　，反应体系中所有参加反应的物质的　 　　　保持不变的状态。
2．建立过程：一定条件下，把反应物加入固定容积密闭容器中，平衡建立过程如下
图像
反应开始 反应物浓度　 ，v(正)　　　　；生成物浓度　 ，v(逆)　
反应过程 反应物浓度　 ，v(正)　 ；生成物浓度　 ，v(逆)　
达到平衡 混合物中各组分的浓度
3．平衡特点：
4．平衡状态的本质特征　　　　　　　　　，各组分的　　　　　　　　　
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
平衡时关系 说明
速率 =→nv正(A)=mv逆(B)→nv逆(A)=mv正(B) 必须是一个表示 另一个表示　　　 ，都用正反应或都用逆反应表示反应速率不能判断是否为平衡状态
浓度 A(或B、C、D)的浓度 A(或B、C、D)质量、物质的量、百分含量保持不变也是平衡状态
举 例 正、逆反应速率关系 能否判断平衡
①单位时间内消耗了mmolA，同时生成mmolA
②单位时间内消耗了nmolB，同时消耗了pmolC
③单位时间内生成nmolB，同时消耗了qmolD
④ c(A)∶c(B)∶c(C)∶c(D)=m∶n∶p∶q
⑤ v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
[练习1] 对于可逆反应：A(s)+B(g)C(g)，在一定温度下，定容的容器中，达到平衡的标志是______________
①A的质量保持不变
②C的物质的量保持不变
③单位时间内生成1molB，同时生成1molC
④气体的总质量不再发生变化
⑤气体的总物质的量不再发生变化
⑥混合气体的密度不再发生变化
⑦压强不再发生变化
[练习2] CO2与NH3混合，在一定条件下反应合成尿素：
2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g) △H＜0
该反应在一定条件下能自发进行的原因是_________________________；若该反应在一恒温、恒容密闭容器内进行，判断反应达到平衡状态的标志是____________(填字母)。
A．CO2与H2O(g)的浓度相等 B．容器中气体的压强不再改变
C．2v(NH3)正=v(H2O)逆 D．容器中混合气体的密度不再改变
(练习2出处：新教材选择性必修1专题2第二单元书后练习64页第3题。推荐理由：本题考查了反应自发进行的条件和化学平衡状态的判断，侧重于学生的分析能力和对基础早读的综合应用能力的考查。)
[练习3]在绝热、恒容的密闭容器中，投入一定量的SO2Cl2和SCl2(g)，发生反应SO2Cl2(g)+SCl2(g)2SOCl2(g)。下列示意图能说明t1时刻反应达到平衡状态的是( )
A B C D
问题2：化学平衡移动的根本原因是什么？
[例题2] 1905年哈伯开发实现了以氮气和氢气为原料合成氨气，生产的氨制造氮肥服务于农业，养活了地球三分之一的人口，哈珀也因此于1918年获得诺贝尔化学奖。一百多年过去了，对合成氨的研究依然没有止步。请你从速率和平衡的视角选择合成氨反应的条件。
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H= 92.4 kJ mol 1
对合成氨反应的影响 影响因素
温度 压强 催化剂 浓度
使氨生产快(速率分析)
使氨生成多(平衡分析)
[归纳总结]
(二)化学平衡的移动
1．图示：
2．反应速率与平衡移动方向的关系：
速率关系 平衡移动方向
v(正)　　v(逆) 向正反应方向移动
v(正)　　v(逆) 不移动
v(正)　　v(逆) 向逆反应方向移动
3． 勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件(如　　　　　　等)，平衡就向能够
　　 　　这种改变的方向移动。
改变条件(外因) 内部要减弱这种改变(“叛逆”) 平衡移动结果
浓度 增大反应物浓度 消耗反应物 向　　　　方向移动
减少生成物浓度 增加生成物
增加生成物浓度 消耗生成物 向　　　　方向移动
减少反应物浓度 增加反应物
温度 升高温度 吸热可使温度降低 向　　　　方向移动
降低温度 放热可使温度升高 向　　　　方向移动
压强 增大压强 气体的物质的量减小，压强减小 向气体化学计量数　　　方向移动
减小压强 气体的物质的量增大，压强增大 向气体化学计量数　　　方向移动
特别提醒：
(1) 有气体参与的反应，且反应前后气体的化学计量数不等，改变压强平衡才会移动。
(2) 能同等程度地改变正、逆反应速率，平衡不移动，但能改变达到平衡的时间。
(3) 向恒温恒容、恒温恒压容器中充入惰性气体(He)对平衡的影响
[练习4] 在一密闭容器中，反应aA(g)bB(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器体加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度变为原来的60%，则( )
A．平衡向逆反应方向发生了移动 B．物质A的转化率变小
C．物质B的质量分数变大 D．说明a、b的大小关系是：a>b
(练习4出处：新教材选择性必修1专题2第三单元书后练习74页第6题。推荐理由：本题考查化学平衡移动问题，侧重考查学生的分析能力，注意利用假设法分析、判断平衡移动的方向，掌握基础是关键。)
活动二：重难点突破
问题3：一定温度下，在一密闭容器中发生下列反应，平衡后改变条件平衡如何移动？
恒温恒容 恒温恒压
充入氦气 A(g)+B(g)C(g) 浓度_______，平衡_______。 相当于______压强，平衡向气体体积______的方向移动。
A(g)+B(g)2C(g)
成比例增加A、B的量 A(g)+B(g)C(g) 浓度_______，平衡_______。 相当于______压强，平衡向气体体积______的方向移动。
A(g)+B(g)2C(g)
增加A的量 2A(g)B(g)+C(g) 相当于______压强，平衡向气体体积______的方向移动。 浓度_______，平衡_______。
A(g)B(g)+C(g)
问题4：某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)：
反应I：2A(g)+B(g)2C(g) 反应Ⅱ：2A(g)C(g)
反应Ⅲ：3A(g)+B(g)2C(g) 反应Ⅳ：A(g)+B(g)2C(g)
根据以上规律判断，下列结论正确的是( )
A．反应I：△H>0，P2>P1 B．反应Ⅱ：△H<0，T1C．反应Ⅲ：△H>0，T2>T1或△H<0，T2T1
[归纳总结]
(三)化学平衡图像分析
示例反应：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)　△H
1． 折线图：
类型 转化率 时间 温度图 转化率 时间 压强图 含量 时间 温度图 含量 时间 压强图
图像
说明 p一定时ΔH___0 T一定时a+b___c+d T一定时a+b___c+d T一定时a+b___c+d p一定时ΔH___0 T一定时a+b___c+d
解题策略 “先拐先平”速率___，压强___或温度___，再根据勒夏特列原理判断图像变化从而得出结论。
2． 曲线图：
类型 转化率 温度 压强图 含量 温度 压强图
图像
说明 a+b>c+d时ΔH___0 a+bc+d时ΔH___0 a+bc+d时ΔH___0 a+b>c+d时ΔH___0
解题策略 在 点表示平衡点，关注曲线图的走势，有多个变量时，定一议二。
3． 其他图像：
图像 说明
百分含量 时间图 状态Ⅰ、状态Ⅱ平衡时C的百分含量相同，说明改变条件平衡______________。所以改变的条件有两种可能：①______________；②_____________，且a+b=c+d。
百分含量 温度图 T1点为________。T1点后升温，C的百分含量_______，平衡_____向移动，正反应为____热反应，ΔH____0。
百分含量 压强图 p1点为________。p1点后加压，C的百分含量_______，平衡_____向移动，a+b____c+d。
转化率 温度图 T0点为________。T0点后升温，反应物的转化率_______，平衡_____向移动，正反应为____热反应，ΔH____0。
速率 时间图 t1时刻，改变外界条件，v(正)、v(逆)____________且v(逆)____v(正)，平衡_______向移动。
速率 温度图 交点为________。交点后，升温，v(正)、v(逆)__________且v(逆)____v(正)，平衡_______向移动，正反应为____热反应，ΔH____0。
典例简析
[典型题例] 通过反应Ⅰ：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)可将有机氯化工业的副产品HCl转化为Cl2。在0.2MPa、反应物起始物质的量比=2条件下，不同温度时HCl平衡转化率如题图所示。向反应体系中加入CuCl2，能加快反应速率。
反应Ⅱ：2CuCl2(s)+O2(g)=2Cl2(g)+2CuO(s) △H=125.6 KJ mol 1
反应Ⅲ：CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) △H= 120.0KJ mol 1
下列说法正确的是( )
A．反应Ⅰ的△H=5.6 KJ mol 1
B．升高温度和增大压强均能提高反应Ⅰ中HCl的平衡转化率
C．保持其他条件不变，500℃时，使用CuCl2，能使HCl转化率从X点的值升至Y点的值
D．在0.2MPa、500℃条件下，若起始＜2，HCl的转化率可能达到Y点的值
(典型题例出处：2021江苏适应考二。推荐理由：本题考查化学平衡的影响因素，为常考题型，把握吸放热反应的判断、温度或压强对化学平衡的影响等为解答的关键，侧重分析与运用能力的考查，注意理解浓度对化学平衡及转化率的影响。)
[简析] A．根据盖斯定律：反应Ⅱ+反应Ⅲ×2计算反应I的焓变△H=125.6 KJ mol 1+( 120.0KJ mol 1)×2= 114.4KJ/mol，故A错误；B．由A分析可知，反应Ⅰ为4HCl(g)+O2(g)=
2Cl2(g)+2H2O(g)△H= 114.4KJ/mol，即正反应是气体体积减小的放热反应，增大压强能提高反应Ⅰ中HCl的平衡转化率，但升高温度，平衡逆向移动，HCl的平衡转化率降低，故B错误；C．保持其他条件不变使用CuCl2，CuCl2是该反应的催化剂，能加快反应速率，但不能提高反应物的平衡转化率，则使用CuCl2不能使HCl转化率从X点的值升至Y点的值，故C错误；D．其他条件不变时，若起始＜2，相当于增大O2的浓度，平衡正向移动，HCl平衡的转化率增大，则HCl的转化率可能达到图中Y点的值，故D正确。
[答案] D
[练习5] 二甲醚(CH3OCH3)是一种极具发展潜力有机化工产品和洁净燃料。CO2加
氢制二甲醚的反应体系中，主要发生的热化学方程式为
反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=41.2kJ mol-1
反应Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H= 49.5kJ mol-1
反应Ⅲ：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H= 23.5kJ mol-1
在2MPa，起始投料=3时，CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示。下列有关说法正确的是
A．图中X表示CO
B．反应Ⅲ中反应物所含化学键的键能之和大于生成
物所含化学键的键能之和
C．温度从553K上升至573K时，反应Ⅰ消耗的CO2
少于反应Ⅱ生成的CO2
D．其他条件不变，将压强增大到3MPa，可提高平
衡时CH3OCH3的体积分数
活动三：巩固提升
1．判断下列说法的正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1) 化学反应速率改变，化学平衡一定发生移动( )
(2) N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，降低温度和增大压强都有利于平衡向生成氨的方向移动 ( )
(3) 恒温下进行的反应2NO2(g)N2O4(g)达平衡时，缩小容器体积再达平衡，气体的颜色比第一次平衡时的深 ( )
(4) C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH>0，仅升高温度，CO2反应速率和平衡转化率均增大( )
(5) CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0，仅改变压强，平衡不移动，放出的热量不变 ( )
(6) C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH>0，其他条件不变时，升高温度，正反应速率增大、逆反应速率减小，平衡正向移动( )
2．对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，下列有关说法不正确的是( )
A．使用催化剂能缩短该反应到达平衡的时间
B．升高温度有利于提高SO2的平衡转化率
C．提高的值可增大SO2的转化率
D．增大体系的压强能提高SO2的反应速率和转化率
3．一定温度下，在一容积不变的密闭容器中发生反应mA(g)+nB(g)pC(g)，达平衡后，将混合气体的体积压缩到原来的一半，再次达平衡时，C的浓度为原平衡时C浓度的1.9倍。下列说法正确的是( )
A．m+n＞p B．气体C的体积分数增大
C．平衡向逆反应方向移动 D．气体A的转化率升高
4．用来表示可逆反应2A(g)+B(g)2C(g)(正反应为放热反应)的正确图像为( )
A B C D
5．以丙烯、氨气和空气(空气中O2体积分数约为20%)为原料，在催化剂条件下生产丙烯腈(CH2CH=CN)的过程中会同时生成副产物丙烯醛，发生的主要反应如下：
C3H6(g)＋NH3(g)＋3/2O2(g)CH2=CHCN(g)＋3H2O(g)
C3H6(g)＋O2(g)CH2=CHCHO(g)＋H2O(g)
在恒压、460 ℃时，保持丙烯和氨气的总进料量和空气的进料量均不变，丙烯腈和丙烯醛的平衡产率随进料气中n(氨气)/n(丙烯)的比值变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．图中曲线a表示丙烯腈的平衡产率随n(氨气)/n(丙烯)比值的变化
B．增大压强有利于提高反应速率和丙烯腈的平衡产率
C．使用合适的催化剂可以使丙烯腈的平衡产率达到100%
D．由图可知，原料氨气、丙烯和空气的理论最佳进料体积比为2∶2∶3
6．在恒压、H2和CO2的起始浓度一定的条件下，用不同Mg含量的催化剂Ni/xMg(x值越大表示Mg含量越大)催化反应相同时间，测得不同温度下反应：
4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)的CO2的转化率如图所示。下列说法正确的是( )
A．反应4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH >0
B．延长W点的反应时间可提高CO2的转化率
C．相同条件下催化剂中Mg的含量越高催化效率越高
D．使用合适的催化剂可以提高CO2的转化率
[参考答案]
1．(1)× 解析：使用催化剂化学反应速率加快，平衡不移动；气体体积相等的反应，改变压强，平衡也不移动。
(2)√ 解析：根据勒夏特列原理，正反应放热，降温平衡向温度升高的方向即正方向移动，加压平衡向气体体积减小的方向即正方向移动。
(3)√ 解析：达到平衡后缩小容器体积，增大了压强，平衡正向移动。增大压强，体积迅速减小，平衡移动程度不如体积减小带来的改变大，所以混合气体颜色加深。
(4)√ 解析：温度升高，反应速率增大，v(CO2)增大。该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大。
(5)√ 解析：对于反应前后气体系数和相等的反应，改变压强，平衡不移动，反应放出的热量不变。
(6)× 解析：升高温度，正反应速率增大、逆反应速率均增大，平衡正向移动。
2．B
解析：A．催化剂能增大活化分子百分数而加快化学反应速率，从而缩短反应达到平衡的时间，故A正确；B．该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低二氧化硫的转化率，故B错误；C．提高的值，相当于增大氧气浓度，平衡正向移动，二氧化硫转化率增大，故C正确；D．增大压强，增大单位体积内活化分子个数，二氧化硫的反应速率加快；增大压强平衡正向移动，则二氧化硫转化率增大，故D正确。
3．A
解析：A．将混合气体的体积压缩到原来的一半，如平衡不移动，C的浓度为原平衡时C的浓度的2倍，而当再次达到平衡时，C的浓度为原平衡时C的浓度的1．9倍，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，故A正确；B．平衡向逆反应方向移动，C气体的体积分数减小，故B错误；C．平衡向逆反应方向移动，气体A的转化率减小，故C错误；D．增大压强平衡向逆反应方向移动，则应有m+n4．A
解析：A．已知可逆反应2A(g)+B(g)2C(g)△H<0，正反应放热，升温则平衡左移，C的质量分数减小，但反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短，A正确；B．图示升温反应速率减小，B错误；C．反应2A(g)+B(g)2C(g)是气体分子总数减少的反应，增压则平衡右移，即增压，正反应速率增加得更快，而选项C中图示：增压，逆反应速率增加得更快，则平衡左移，C错误；D．可逆反应2A(g)+B(g)2C(g)△H<0，正反应放热，升温则平衡左移，A的转化率变小，在选项D的图中，作一条等压辅助线与2条曲线产生2个交点，可得温度越高A的转化率越大，D错误。
5．A
解析：A．增大氨气的量，可促进丙烯的转化，丙烯腈的平衡产率增大，则曲线a表示丙烯腈的平衡产率随n(氨气)/n(丙烯)比值的变化，故A正确；B．增大压强使C3H6(g)＋NH3(g)＋3/2O2(g)CH2=CHCN(g)＋3H2O(g)逆向移动，则丙烯腈的平衡产率减小，故B错误；C．催化剂不影响平衡移动，则使用合适的催化剂，平衡产率不变，且丙烯腈的平衡产率一定小于100%，故C错误；D．由C3H6(g)＋NH3(g)＋3/2O2(g)CH2=CHCN(g)＋3H2O(g)可知原料氨气、丙烯和氧气的理论最佳进料体积比为2：2：3，氧气占空气体积的，故D错误。
6．D
解析：A．由图可知，该反应在360℃左右，反应达到平衡状态，再升高温度，CO2的转化率下降，说明平衡逆向移动，则该反应是放热反应，△H<0，故A错误；B．由图可知，W点反应已达到平衡状态，延长W点的反应时间不能提高CO2的转化率，故B错误；C．由图可知，在反应未达到平衡时，相同条件下，在Ni/0.05Mg催化剂条件下CO2的转化率大于在Ni/0.1Mg催化剂条件下CO2的转化率，说明相同条件下催化剂中Mg的含量越高催化效率不是越高，故C错误；D．由图可知，反应未达到平衡时，在不同的催化剂的催化下，CO2的转化率不同，选用合适的催化剂可以加快反应速率，提高CO2的转化率，故D正确。
高温
一定条件
7

展开更多......

收起↑